W związku ze wzrostem globalnego zapotrzebowania na energię firma onsemi wprowadziła pionowe (vertical) podzespoły półprzewodnikowe mocy z azotku galu (vGaN), wyznaczając tym samym nowy standard gęstości mocy, wydajności i wytrzymałości.

Podzespoły półprzewodnikowe mocy GaN-na-GaN nowej generacji przewodzą prąd pionowo przez półprzewodnik złożony, umożliwiając wyższe napięcia robocze i szybsze częstotliwości przełączania. Prowadzi to do oszczędności energii, co pozwala na tworzenie mniejszych i lżejszych systemów w centrach danych AI, pojazdach elektrycznych (EV), energetyce odnawialnej oraz w lotnictwie i obronności.

Źródło: onsemi

Opatentowana technologia GaN-na-GaN

• Przewodzi prąd pionowo przy wyższych napięciach, umożliwiając szybsze przełączanie i bardziej kompaktowe konstrukcje.
• Może zmniejszyć straty energii i emisję ciepła, redukując straty o prawie 50%.

Opracowana została przez zespół badawczo-rozwojowy onsemi w Syracuse w stanie Nowy Jork. Firma jest właścicielem ponad 130 patentów obejmujących szereg fundamentalnych innowacji procesowych, projektowych, produkcyjnych i systemowych dla pionowej technologii GaN. Udostępnia klientom w ramach przed-produkcyjnego wczesny dostęp do próbek podzespołów o napięciu pracy 700 V i 1200V.

Przełomowa technologia półprzewodników mocy

Technologia vGaN firmy onsemi wyznacza nowy standard wydajności, gęstości mocy i wytrzymałości w erze sztucznej inteligencji i elektryfikacji.

– Pionowa technologia GaN to przełom dla branży i umacnia pozycję onsemi jako lidera w dziedzinie efektywności energetycznej i innowacji. W miarę jak elektryfikacja i sztuczna inteligencja zmieniają oblicze przemysłu, wydajność stała się nowym punktem odniesienia, definiującym miarę postępu. Dodanie pionowej technologii GaN do naszego portfolio produktów energetycznych daje naszym klientom najlepszy zestaw narzędzi do zapewnienia niezrównanej wydajności. Dzięki temu przełomowi onsemi definiuje przyszłość, w której efektywność energetyczna i gęstość mocy są walutą konkurencyjności – stwierdził Dinesh Ramanathan, Starszy Wiceprezes ds. Strategii Korporacyjnej w onsemi.

Dlaczego to ma znaczenie?

Świat wkracza w nową erę, w której energia stanowi decydujące ograniczenie postępu technologicznego. Od pojazdów elektrycznych i energii odnawialnej po centra danych AI, które zużywają obecnie więcej energii niż niektóre miasta, zapotrzebowanie na energię elektryczną rośnie szybciej niż nasze możliwości jej efektywnego wytwarzania i dostarczania. Każdy zaoszczędzony wat się teraz liczy.

Źródło: onsemi

Technologia vGaN firmy onsemi została zaprojektowana do obsługi wysokich napięć jako monolityczny chip – dla napięć pracy 1200 V i więcej. Zaawansowane systemy zasilania, zbudowane z wykorzystaniem tej technologii mogą zmniejszyć straty o prawie 50%. Dzięki pracy z wyższymi częstotliwościami mogą również zmniejszyć rozmiar, w tym elementy pasywne, takie jak kondensatory i cewki indukcyjne, o podobną wartość. Ponadto, w porównaniu z komercyjnie dostępnymi urządzeniami GaN, urządzenia vGaN są około trzy razy mniejsze. Dzięki temu vGaN firmy onsemi nadaje się do krytycznych zastosowań o dużej mocy, w których gęstość mocy, wydajność termiczna i niezawodność są najważniejsze, w tym:

• Centra danych AI: Zmniejszona liczba komponentów, zwiększona gęstość mocy dla przetwornic DC-DC 800 V dla systemów obliczeniowych AI, co znacznie obniża koszt systemu;
• Pojazdy elektryczne: Mniejsze, lżejsze i bardziej wydajne falowniki, zwiększające zasięg pojazdów elektrycznych;
• Infrastruktura ładowania pojazdów EV: Szybsze, mniejsze i bardziej wytrzymałe ładowarki;
• Energia odnawialna: Obsługa wyższego napięcia, mniejsze straty energii dla falowników słonecznych i wiatrowych
• Systemy magazynowania energii (ESS): Szybkie, wydajne, dwukierunkowe zasilanie o wysokiej gęstości dla przetwornic akumulatorowych i mikrosieci
• Automatyka przemysłowa: Mniejsze, wymagające mniejszych systemów chłodzenia, bardziej wydajne napędy silnikowe i robotyka
• Przemysł lotniczy, obronny i bezpieczeństwa: Wyższa wydajność, zwiększona wytrzymałość i bardziej kompaktowe konstrukcje

Zasada działania

Większość dostępnych komercyjnie urządzeń GaN jest zbudowana na podłożu innym niż GaN – głównie krzemowym lub z węglika krzemu, rzadziej szafirowym. W przypadku urządzeń o bardzo wysokim napięciu, vGaN firmy onsemi wykorzystuje technologię GaN-na-GaN, która umożliwia pionowy przepływ prądu przez układ, a nie po jego powierzchni. Taka konstrukcja zapewnia wyższą gęstość mocy, większą stabilność termiczną i solidną wydajność w ekstremalnych warunkach. Dzięki tym zaletom vGaN wyprzedza zarówno urządzenia GaN-na-krzemie, jak i GaN-na-SiC czy szafirze, zapewniając wyższe napięcie, wyższą częstotliwość przełączania, doskonałą niezawodność i zwiększoną wytrzymałość. Umożliwia to rozwój mniejszych, lżejszych i bardziej wydajnych systemów zasilania o zmniejszonych wymaganiach dotyczących chłodzenia i niższych całkowitych kosztach systemu.

Kluczowe korzyści:

• Wyższa gęstość mocy: Pionowy GaN może obsługiwać wyższe napięcia i większe prądy przy mniejszych rozmiarach.
• Większa wydajność: Zmniejsza straty podczas konwersji mocy, zmniejszając emisję ciepła i obniżając koszty chłodzenia.
• Kompaktowe systemy: Wyższa częstotliwość przełączania zmniejsza rozmiar elementów pasywnych, takich jak kondensatory i cewki indukcyjne.